全チェーンLayer0こそ未来か？「Web3の新聖杯」zkOmnichainを解説

2023.02.16

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全チェーンLayer0こそ未来か？「Web3の新聖杯」zkOmnichainを解説

シングルチェーンは過去形、マルチチェーンは現在進行形、そしてフルチェーンLayer0こそが未来なのか？

2023.02.16 - 01:48:32

ZKzkOmnichain

Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察

シングルチェーンは過去形、マルチチェーンは現在進行形、そしてフルチェーンLayer0こそが未来なのか？

執筆：康水躍、Fox TechおよびWay Network創業者、丹陽投資会長

はじめに

zkRollupはLayer2分野に属し、イーサリアムの混雑問題を解決することを目的としている。一方で、zkOmnichainはLayer0分野に属し、Web3ネットワーク全体の構築を目指している。

しかし、Ethereumエコシステムの影響力が非常に大きいため、人々の注目はzkRollupに集中しており、zkOmnichainは見過ごされている。ゼロ知識証明に基づく全チェーン相互運用性プロトコルzkOmnichainこそが、ブロックチェーンとWeb3の聖杯であり、その重要性は極めて大きい。

もしイーサリアム自体の市場シェアが長期的に70％以上を維持できるのであれば、Omnichainという概念自体が偽物になるだろう。しかし、イーサリアムが永久に70％のシェアを維持し続けることは不可能である。以下の図は、2020年8月から2023年2月までのイーサリアムTVL（総価値供託額）の割合の推移である。イーサリアムの最新市場占有率は59.24％である。Web3のレイヤーインフラは長期間、「一強多弱」の構造を保ち続けるだろうし、イーサリアム自体も技術アップグレードを続けているが、zkRollupやopRollupといったイーサリアムLayer2がLayer1からのトラフィックを吸収していくにつれ、BNB ChainやPolygonなどの挑戦者の急速な成長、AptosやSuiといった新規パブリックチェーンの台頭、Cosmosエコシステムの燎原の火のように広がる勢いを考えると、2025年以降、イーサリアム自体の市場シェアが長期間50％を下回ることが予想される。

全チェーン Layer0 こそ未来か？「Web3の新聖杯」zkOmnichainを解説

図1: 2020年8月～2023年2月のイーサリアムTVL比率、データ元：https://defillama.com

アプリケーションが全チェーンカバレッジを実現する経路

2020年のDeFiサマー以降、ほぼすべてのアプリケーションは各チェーンごとに個別にデプロイすることでマルチチェーン状態を実現してきた。この単純かつ乱暴な方法は、開発者にとってデプロイや運用上の大きな負担となり、さらに流動性が各チェーン間で深刻に断絶され、同じトークンでもチェーン間での価格差が非常に大きくなるという二大問題を引き起こしている。

アプリケーションが全チェーン対応を達成する経路としては、上記の原始的手法以外にも、以下の三つの主要な経路がある：

第一の経路は、初代クロスチェーン製品によく見られるもので、アプリケーションが中継となるコンセンサスプロトコルを介して送信元チェーンと宛先チェーンと相互作用するというものだ。アプリケーションは通常、この中継チェーン上には展開されない。代表例としては、独自のエコシステムを持つCosmos、Polkadot、Multichain、Celer、Wormhole、Thorchain、Axelarなどがある；
第二の経路は、Optimisticメカニズムを利用して他のチェーンと相互運用を行うものである。この経路の代表的なものは、Optimistic VerificationおよびFraud Proofsを採用するSynapse、Nomad、Hyperlane、Optimistic OracleおよびNone Proofsを採用するLayerZero、Acrossなどが挙げられる；
第三の経路は、アプリケーションがゼロ知識証明に基づく全チェーン相互運用プロトコルzkOmnichainを通じて他のチェーンと相互作用するもので、代表例にはCosmosエコシステムから派生したElectron、Polymer、Succinct、NFTのクロスチェーンに特化したOverearlity、汎用ソリューションを提供しようとするWay Networkがある。

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図2: 歴代のクロスチェーンプロトコルの比較

もう一つの経路として、アプリケーションが全新のスマートコントラクトパブリックチェーンにデプロイされた後、そのチェーンを通じて他のすべてのチェーンと相互運用を行う方法もある。代表例はZetaChainとMap Protocolである。これは開発・運用コストが非常に高い経路であり、まず初代製品と同じようにEVMチェーンが異種チェーンを跨ぐ際の帳簿整合の難題を解決しなければならず、既存のスマートコントラクトパブリックチェーンとの機能重複により、必然的にアプリケーションリソースを巡って直接競合することになる。いずれの経路を選ぼうとも、共通の目的は単一チェーンアプリケーションを全チェーンアプリケーションに変えることである。

第一世代の中継チェーン（コンセンサスプロトコル）モデルでは、検証ノードが多いと遅くなり、少ないと安全性が低下する上、ノード運営が非常に重いため、Web3 Network Fabricの主役を務めるのは難しい。そのため、我々の注目は非中継チェーン（コンセンサスプロトコル）モデルに移り、第二世代のopOmnichainと第三世代のzkOmnichainのモデルに重点を置くべきである。

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図3: OPとZKの全チェーン相互運用プロトコルの比較

全チェーン相互運用プロトコルLayer0分野は、イーサリアムのスケーリングソリューションであるLayer2分野と同様に、OPとZKの二大タイプのソリューションに分かれている。

まずOP方式の中のOptimistic Oracleサブモードを見てみよう：

このモデルでは、LayerZeroがChainlinkオラクルを使用しているが、Chainlinkプロジェクト自身もクロスチェーン相互運用プロトコル（Cross-Chain Interoperability Protocol, CCIP）を持っており、両プロジェクトは協力と競争の関係にある。AcrossはUMAをオラクルとして使用しており、UMAとAcrossは同一チームによる別々のプロジェクトである。

このようなソリューションは真の意味での非中央集権化を実現できず、共有セキュリティ（Shared Security）も備えていない。Shared Securityとは、特定のインフラ上で動作する特定のトークンまたはアプリケーションが自由にセキュリティモデルを選択できず、必ずそのインフラが提供するセキュリティ要件に従わなければならないことを指す。すべてのLayer1、Layer2はShared Securityを備えている。Layer0もまた、孤立したセキュリティ（Isolated Security）ではなく、Shared Securityを備えていなければならない。そうすることで、ユーザーがどのアプリケーションを利用しようとも、内部のセキュリティ方針に関わらず、統一された基盤レベルの安全保障が提供される。インフラストラクチャにおける「基盤」という言葉はまさにこの意味である。

さらに、上記のOptimistic Oracleは厳格な信頼前提を必要とし、エンドユーザーはオラクルが不正な検証を行わないことを信じなければならない。この場合、オラクルはこのモデルにおける「第三者の信頼主体（A Third Trusted Party）」となる。ユーザーは、オラクルとリレーヤーが共謀して悪意のある行為を行い、ユーザー資産を盗む可能性がないことを信じなければならない。また、このようなソリューションは詐欺証明（Fraud Proofs）や有効性証明（Validity Proofs）を生成せず、オンチェーンでの証明検証もない。これらの欠点については、L2BEAT、Nomad、Way Networkなどのチームがすでに論文などで指摘しており、ここでは詳述しない。

次に、OP方式の中のOptimistic Verificationサブモードを見てみよう：

このモデルは前述のOptimistic Oracleよりもより厳密で慎重であり、Fraud Proofsを生成する。メッセージは送信元チェーン上で楽観的に署名され、チェーン外のバリデータネットワークが強制的に設定された楽観的ウィンドウ期間（Optimistic Window、タイムアウト期間）内に宛先チェーンに詐欺証明を提出する。この期間中に、不正なメッセージは異議申し立ての対象となる可能性がある。何らかの誤りが見つかった場合、バリデータはメッセージを検査・否決し、不正な取引を阻止できる。初代製品の外部検証ネットワークが「多数誠実仮定（Honest Majority Assumption）」に依存するのに対し、Optimistic Verificationは「単一誠実バリデータ仮定（Single Honest Validator Assumption）」に依存している。つまり、システムの安全を守るためには、変更を開始する誠実なバリデータが一人いれば十分である。ただし、トレードオフとしてこのウィンドウ期間による遅延が生じる。幸い、このレイテンシはopRollupほど長くなく、7日待つ必要はなく、数十分程度で済む。例えば、Nomadは30分のタイムアウト期間を設定している。

最後に、最も重要なzkOmnichainについて見てみよう：

このモデルはZero-Knowledge Verificationに属し、より優れた堅牢性（Robustness）を持つ。

zkOmnichainはzkRollupと同様に、有効性証明（Validity Proofs）を生成する。重要な工程の一つはSum-Check Protocolモジュールを呼び出し、チェーン外で証明（Sum）を行い、チェーン上で検証（Check）を行うことである。この非常に厳密な数学および暗号学的検証を通じて、完全性（Completeness）と健全性（Soundness）を実現する。

簡潔性（Succinctness）については、Groth16を用いて証明サイズをさらに圧縮できる。例えば、Way NetworkのzkSparkが生成するオリジナルの証明サイズは約100KBであるが、Groth16で圧縮すると130Bまで削減できる。

全チェーン Layer0 こそ未来か？「Web3の新聖杯」zkOmnichainを解説

図4 : Way Network zkPark Sum-Check Protocol

こうした「強力な暗号学」に基づく全チェーン相互運用プロトコルzkOmnichainのおかげで、我々はついにインフラ製品の最高基準を達成できた。つまり、あらゆる信頼される第三者を排除した非信頼化（Trustless）、あらゆる中央権限主体を排除した非中央集権化（Decentralized）である。

zkOmnichainの登場により、我々は「チェーン」から「ネットワーク」への転換の可能性を見ることができた。多数の全チェーンアプリケーションをさまざまなスマートコントラクトパブリックチェーンに展開可能なインフラLayer0の構築が現実味を帯びてきたのである。

zkOmnichainに基づく全チェーンアプリケーションがもたらす変化

まず、初代クロスチェーン製品における中継チェーン（Intermediate Chain）が不要になり、高価な検証ノードの運用コストが削減される；
次に、中継トークン（Intermediate Token）およびラップド／ペッグドトークン（Wrapped/Pegged Token）といった派生トークンが不要になり、ユーザーはこれらを信用することなくネイティブトークンのクロスチェーン取引が可能になる；
最後に、信頼される第三者であるオラクル（Oracle）が不要となり、これにより全チェーンネットワークの耐障害性（resilience）が向上する。

zkOmnichainに基づく全チェーンアプリケーションは、中継チェーンにも、オラクルにも、中継トークンや派生トークンにも依存しない。厳密な数学および暗号学的手法により有効性証明を生成し、それをオンチェーンで検証することで、非中央集権化（Decentralized）および非信頼化（Trustless）を実現し、ビットコインネットワークのようなピアツーピア型の全チェーン通信を可能にする。

Singlechain → Multichain → Omnichainへと進むことは、Web3の大潮流の基本的な方向性であり、そのとき全チェーンアプリケーションは現在のようにまばらなものではなく、普遍的に存在するようになるだろう。zkOmnichainに基づくアプリケーションは、より高いクロスチェーンセキュリティ、より低い通信コスト、より速い通信速度を備えており、成功しやすくなる。

全チェーン Layer0 こそ未来か？「Web3の新聖杯」zkOmnichainを解説

図5 : zkOmnichainに基づく全チェーンアプリケーション

過去しばらくの間、複数のブロックチェーンを結びつけて真の意味でのWeb3を実現しようとする全チェーン相互運用プロトコルが相次いで登場している。Web2の文脈で言えば、Cosmosはローカルエリアネットワーク（LAN）を構築したようなもので、Way Networkはワイドエリアネットワーク（WAN）ひいてはインターネットの構築を目指している。

このような製品の良し悪しを判断する基準は、接続できるチェーンの数などではなく、接続方式が中本コンセンサス（DecentralizedおよびTrustless）を持っているかどうかにある。なぜならそれが「1」であり、それ以外は「0」だからだ。1がなければ、いくら0が増えても意味がない。